第三章(3)機動車安全技術檢驗檢測設備

第三章機動車安全技術檢驗檢測設備主講：李耀平高級工程師第六節(jié)汽油車排氣污染物測量設備隨著國民經濟的不斷發(fā)展，機動車的保有量日益增加。機動車在給人們人類生活帶來極大方便的同時，也給人們的生活帶來了一定的損害。汽車公害：空氣污染、噪聲污染、電磁波干擾等。GB18285-2005《在用汽車排氣污染物限值及測量方法》中規(guī)定，裝有點燃式發(fā)動機的車輛，在檢測中要進行怠速試驗、雙怠速試驗和加速模擬工況（ASM）試驗。汽油車排氣中的污染物主要有：有害物：CO、HC、NOX、SO2、CO2、鉛化合物、碳煙等。無害物：N2、O2、H2、H2O等。用于測定汽油車排氣污染物排放的儀器有：

1）不分光紅外線廢氣分析儀；（非分散型）

2）氫火焰離子型分析儀；

3）化學發(fā)光分析儀。

第六節(jié)汽油車排氣污染物測量設備一、不分光紅外線廢氣分析儀（一）概述不分光紅外線廢氣分析儀是最常見的汽油車廢氣分析儀之一。根據測量參數的不同儀器分為二氣、四氣、五氣廢氣分析儀。二氣分析儀在我國20世紀80年代開始使用,主要檢測怠速狀態(tài)下的HC、CO；現在四氣、五氣逐步取代二氣分析儀。第六節(jié)汽油車排氣污染物測量設備1）研究表明，機動車燃燒狀態(tài)的優(yōu)劣，直接影響有害排放的排放量。而廢氣中的CO2、O2的濃度是表征發(fā)動機燃燒狀態(tài)的重要參數。正常燃燒時，廢氣中CO2的濃度在12%、而O2在1%左右。2）裝有閉環(huán)式控制的三元催化凈化器，其凈化效率與發(fā)動機工作時的過量空氣系數有關，要求控制在1.0附近。通過對廢氣中的CO、HC、CO2、O2濃度進行運算，可以得出相應的過量空氣系數。3）通過對廢氣中CO2、O2濃度進行分析，可以發(fā)現檢測過程中出現的諸如取樣探頭脫落，取樣管路漏氣的失誤以及作弊現象（如排氣管上打孔等）。此時排氣中的O2濃度異常升高，CO2濃度異常降低。近年，機動車廢氣中的NO的污染也引起重視，因而在四氣的基礎上，增加了NO，構成了五氣組分分析儀。第六節(jié)汽油車排氣污染物測量設備（二）基本結構和工作原理1、基本結構1）取樣系統----探頭、取樣管、分水器、過濾器、氣泵等；2）排氣分析系統----紅外線光源、氣樣室、旋轉風扇（截光器）和傳感器組成；3）含量指示裝置----分析氣體指示表頭；4）校準裝置----機械校準、標準氣校準。第六節(jié)汽油車排氣污染物測量設備第六節(jié)汽油車排氣污染物測量設備導管濾清器取樣探頭取樣探頭CO儀表HC儀表HC標準氣CO標準氣第六節(jié)汽油車排氣污染物測量設備第六節(jié)汽油車排氣污染物測量設備2、工作原理非分散型分析儀采用不分光紅外線吸收原理對汽油車排氣污染物中的HC、CO、CO2進行分析，對O2、NO的分析則采用電化學電池。1）不分光紅外線吸收原理

可見光區(qū)紅外線波長區(qū)微波區(qū)不同氣體所吸收的紅外線

吸光度HC對3.4紅外線吸收強;CO對4.7紅外線吸收強;CO2對4.2紅外線吸收強.

由異原子組成的氣體分子（如：CO、C3H8、CO2、SO2……）在特定的波長上吸收紅外線的能量，其吸收的量與該氣體的濃度成正比。第六節(jié)汽油車排氣污染物測量設備氣體對紅外線的吸收，遵循比耳—朗博特定律。式中：I0—測量室中被測氣體組分為0時，到達紅外線接收器上的紅外光能量。

I—測量室中被測氣體組分為c時，到達紅外線接收器上的紅外光能量。

c—被測氣體組分濃度。

l—測量室長度。紅外線吸收能量與氣體濃度c的關系

當測量的長度一定時，被測組分所吸收的紅外線能量與被測組分的濃度成正比。第六節(jié)汽油車排氣污染物測量設備氣體分析光學系統結構從光源發(fā)出的紅外線，經旋轉切光片周期性切斷，進入測量室。（測量室內通入樣品氣體），然后穿過濾光片，到達紅外線接收器。紅外線接收器將接收到的紅外光能量轉換成電信號輸出。通過與待測組分濃度為零時的輸出進行比較，即可得出被測組的濃度。第六節(jié)汽油車排氣污染物測量設備電容微音器式分析裝置

兩個同樣的紅外線光源發(fā)出等量的紅外線光束，一束穿過測量氣室，一束穿過標準氣室。在標準氣室內充滿不吸收紅外線光能的N2氣，因此紅外線光束穿過時，紅外線光能未受損失。而測量氣室內則通以被測發(fā)動機的廢氣，由于廢氣中含有吸收紅外線的CO、HC、CO2，因此紅外線光能相應減少。從而，兩束紅外線的能量形成差異。檢測室內充以適當濃度的與被測氣體相同的氣體(CO充CO\HC充正乙烷),并在檢測室中部設有一隔膜,將檢測室分隔成兩個獨立的封閉腔,測量時,由于兩個腔所受的紅外線光能不相等,因而兩個腔內氣體膨脹也不一致,致使兩腔之間的膜片彎曲.該膜片上與電容器的一只金屬片相聯,由金屬片的位移引起電容量變化,這一微弱信號經過放大器放大,即可在顯示儀表上指示出來.電容微音器式分析裝置1)紅外線光源2)標準氣樣室3)旋轉扇輪4)測量室5)電容微音器6)前置放大器7)主放大器8)指示儀表9)排氣入口10)測量氣室11)排氣出口第六節(jié)汽油車排氣污染物測量設備半導體式分析裝置兩個同能量紅外線光源發(fā)出的紅外線,分別通過標準氣樣室和測量氣室.

紅外線穿過旋轉扇輪后,斷續(xù)地通過標準氣樣室和測量氣樣室,經過聚光管和光學濾色片后到達半導體傳感器.通過標準氣樣室的紅外線由于未被吸收,因此能保持不變.通過測量氣樣室的紅外線,由于被所測氣體含量吸收掉一部分一定波長的紅外線,因此分別通過兩氣樣室的紅外線的能量形成差異后到達傳感器.半導體傳感器能把上述紅外線能量差異轉變成電信號差異,經放大器放大后輸送給含量指示裝置.

1)指示儀表2)主放大器3)前置放大器4)半導體傳感器5)光學濾色片6)聚光管7)標準氣樣室8)紅外線光源9)旋轉扇輪10)排氣入口11)測量氣樣室12)排氣出口第六節(jié)汽油車排氣污染物測量設備2)電化學電池氧傳感器結構圖

O2傳感器和NO傳感器都屬于電化學電池式傳感器。O2傳感器，基本形式包括一個電解質陽極和一個空氣陰極組成的金屬-空氣有限度滲透型電化學電池。第六節(jié)汽油車排氣污染物測量設備

在陰極，其反應式為：

O2+2H2O+4e-4OH-

氧原子被還原成氫氧離子。隨后，在金屬陽極氫氧離子被氧化，如下式所示：

2Pb+4OH-4PbO+2H2O+4e-

上述電池的反應作用，可概括為：

2Pb+O22PbO

綜上所述，氧傳感器是一個電流發(fā)生器，其所產生的電流正比于氧的消耗率。此電流可通過在輸出端子上跨接一個電阻以產生一個電壓信號。第六節(jié)汽油車排氣污染物測量設備

實際應用中，氧傳感器的電流或信號取決于被測氧氣在滲透膜上的滲透率。在氧傳感器上，使用一種特殊的塑料薄膜作為滲透膜，其滲透量受控于氣體分子撞擊膜壁上的微孔。如果氣體分壓增加，分子的滲透率增加。因此輸出的結果正比于氧的分壓在整個濃度范圍內呈線性響應。

氧傳感器在實際應用中的一個局限是氧傳感器輸出特性壽命。在使用一段時間后（通常在1年半左右），其輸出將大幅下降至0mv，必須更換。

NO傳感器的工作原理與氧傳感器類似。第六節(jié)汽油車排氣污染物測量設備（三）設備檢定汽油車氣體分析儀按JJG688-1990《汽車排放氣體測試儀檢定規(guī)程》并參照GB/T11798.3-2001《機動車安全檢測設備檢定技術條件第3部分：汽車排放氣體分析儀檢定技術條件》進行計量檢定。用標準氣樣校準：接通電源對分析儀預熱30min，先打開氣泵，讓儀器吸入清潔空氣，用零點調整旋扭（按鍵）調整零點，關閉氣泵。把標準氣樣灌入儀器校準氣樣接口：

CO—按標準氣樣瓶上標明的CO濃度值作為校準時的標準值；

HC—校準的標準值=標準氣樣（丙烷）濃度×換算系數

（正乙烷換算值）（氣瓶上表明數值）（測量儀器上表明數值）第六節(jié)汽油車排氣污染物測量設備檢定最大允許誤差儀器的最大允許誤差應不超過下表規(guī)定（檢定時滿足a和b中任何一條即為合格）。第六節(jié)汽油車排氣污染物測量設備（四）汽油車排氣污染物檢驗程序

0.7倍的額定轉數0.5倍的額定轉速怠速轉速

60秒15秒30秒15秒30秒

插探頭穩(wěn)定讀平均值穩(wěn)定讀平均值1、怠速法具體步驟如下：a)必要時在發(fā)動機上安裝轉速計；b)發(fā)動機由怠速工況加速至0.7額定轉速，維持60s后降至怠速狀態(tài)；c)發(fā)動機降至怠速狀態(tài)后，將取樣探頭插入排氣管中，深度等于400mm，并固定于排氣管上。d)發(fā)動機在怠速狀態(tài)，維持15s后開始讀數，讀取30s內的最高值和最低值，其平均值即為測量結果。若為多排氣管時，取各排氣管測量結果的算術平均值。第六節(jié)汽油車排氣污染物測量設備2、雙怠速法具體步驟如下：a)發(fā)動機由怠速工況加速至0.7倍的額定轉速，維持60s后降至高怠速(即0.5倍的額定轉速)，必要時在發(fā)動機上安裝轉速計；b)將取樣探頭插入排氣管中，深度等于400mm，并固定于排氣管上；c)在高怠速狀態(tài)維持15s基本穩(wěn)定后讀數，讀取30s排放的CO和HC的最高值和最低值，取其平均值即為高怠速排放檢驗結果；d)發(fā)動機從高怠速狀態(tài)降至怠速狀態(tài),在怠速狀態(tài)維持15s后開始讀數，讀取30s內排放的CO和HC的最高值和最低值，取其平均值即為怠速排放檢驗結果。若為多排氣管時，分別取各排氣管高怠速檢驗結果平均值和怠速排放檢驗結果的平均值。

第六節(jié)汽油車排氣污染物測量設備（四）判定標準第六節(jié)汽油車排氣污染物測量設備（四）判定標準第七節(jié)柴油車排氣污染物測量設備一、濾紙式煙度計（一）基本結構和工作原理1、基本結構采樣抽氣系統：抽氣氣缸、抽氣電機、取樣探頭、氣路管道系統和控制電路組成。測量系統：走紙機構、壓紙機構、光電測量探頭、測量電路和顯示電路組成。濾紙式煙度計總體結構示意圖（廢氣取樣裝置、污染度測量裝置、污染度指示裝置、校準裝置）第七節(jié)柴油車排氣污染物測量設備2、測量單位GB/T3846—1984濾紙式煙度計煙度值-------Rb(波許)濾紙式煙度計煙度值-------FSN—

FilterSmokeNumber

濾紙式煙度的表達式：

SF-----濾紙式煙度

R1------被污染的濾紙的反射因數

R2------潔白濾紙的反射因數（92±3）﹪R1------被污染的濾紙的反射因數

R2------潔白濾紙的反射因數（85±2.5）﹪注意：FSN與Rb略有不同。但是，由于習慣的原因GB/T3846—1993頒布后，實際應用中仍沿用了Rb這一單位。第七節(jié)柴油車排氣污染物測量設備3、工作原理自由加速煙度—在自由加速工況下，從發(fā)動機排氣管抽取規(guī)定長度排氣柱所含碳煙，使規(guī)定面積的清潔濾紙染黑的程度。

0Rb---全白濾紙

10Rb---全黑濾紙

把取樣后表面帶有黑煙的濾紙，放到測量裝置的規(guī)定位置，從燈泡發(fā)出的光線照射濾紙后反射回來，反射光被環(huán)型光電池接受，光電池產生電流使測試儀表產生數值。光電傳感器原理圖1-濾紙2-光電元件（環(huán)型硒光電池）3-光源4-指示儀表5-電源6-電阻第七節(jié)柴油車排氣污染物測量設備（二）設備檢定1、按JJG847-1993《濾紙式煙度計檢定規(guī)程》并參照GB/T11798.5-2001《機動車安全檢測設備檢定技術條件第5部分：濾紙式煙度計檢定技術條件》進行。2、主要內容：（1）示值誤差：對煙度值約3、5、7FSN（Rb）的三種標準煙度卡，其示值誤差均應不超過滿量程的3%（F.S）。（2）抽氣量：取樣系統應保證每次抽氣量在儀器所提供的實際抽氣量的±5%范圍以內。（3）抽氣時間：取樣系統每次抽氣時間為1.4s±0.2s。（4）密閉性：取樣系統密閉性要求在1min內，外界空氣滲入量應不超過抽氣量的10%。第七節(jié)柴油車排氣污染物測量設備（三）柴油車排氣污染物檢測程序第七節(jié)柴油車排氣污染物測量設備具體步驟如下：a)

由怠速工況將油門踏板迅速踏到底，4s后松開，反復三次，以清除排氣管和消聲器里的碳碴；b)

將取樣探頭插入被檢汽車的排氣管約300mm，并使其中心線與排氣管軸線平行,固定穩(wěn)妥；c)

將腳踏板開關固定在油門踏板上端；d)將腳踏板開關和油門踏板一并迅速踏到底，保待4s后迅速松開油門踏板和腳踏板開關，完成第一次檢驗；e)讀取示值（自動）或取樣（手動）；f)相隔11s后，重復d)、e)的檢驗步驟；g)重復檢驗三次，取三次檢驗值的算術平均值為排氣煙度的檢驗結果。h)

當發(fā)動機出現黑煙冒出排氣管的時間和抽氣泵開始抽氣的時間不同步現象時，應取最大煙度值。第六節(jié)汽油車排氣污染物測量設備（四）判定標準裝配壓燃式發(fā)動機的車輛自由加速試驗排氣可見污染物限值第七節(jié)柴油車排氣污染物測量設備二、不透光度計（一）基本結構和工作原理1、相關概念國際標準ISO11614《往復壓燃式內燃機測量不透光度和確定排放氣體光吸收系數的儀器》中與不透光度計相關的定義包括透光度、不透光度、光通道有效長度及光吸收系數，具體如下：

(1)透光度，光從光源通過充滿煙的暗通道到達觀察者或儀器接收器的傳輸百分率，表達式為：式中：——測量區(qū)充滿干凈空氣時接收器上的光通量；

——測量區(qū)充滿排煙時接收器上的光通量。第七節(jié)柴油車排氣污染物測量設備(2)不透光度N，是指阻止光從光源通過充滿煙的暗通道到達觀察者或儀器接收器的傳輸衰減率，表達式為：

(3)光通道有效長度LA，是指光發(fā)射體與接收器之間被排煙貫穿的光束經修正后的長度(單位為m)。該長度因不透光度的梯度效應和散射效應所造成的不均勻性而需要得到修正。

(4)光吸收系數k，表達式為：或第七節(jié)柴油車排氣污染物測量設備2、基本結構不透光度計（又稱消光式煙度計、透光式煙度計）是利用透光衰減率來測量排氣煙度的典型儀器，主要由測量單元、控制單元、取樣探頭、連接電纜等組成。不透光度計的組成第七節(jié)柴油車排氣污染物測量設備控制單元后面板布置圖第七節(jié)柴油車排氣污染物測量設備3、工作原理

國際標準ISO11614《往復壓燃式內燃機測量不透光度和確定排放氣體光吸收系數的儀器》中關于描述如下：“不透光度計的原理是使光通過被測煙的特定的長度，用到達光接收器的入射光的強弱作為被測煙對光的吸收能力的評價。”第七節(jié)柴油車排氣污染物測量設備被測排氣從7進入----從左5和右8排出。發(fā)光二極管2發(fā)出的光----半反射鏡3反射-----透鏡4----一束平行光----左出口進入----(測量室)中的煙氣----右出口射出---反射鏡10反射----折返----右出口----測量室----煙氣----透鏡4----半透射鏡3---聚焦在光電轉換器1上----轉換成電信號。不透光式煙度計的測量原理第七節(jié)柴油車排氣污染物測量設備

測量單元的測量室是一根分為左右兩部分的圓管，被測排氣從中間的入口7進入，分別穿過左圓管和右圓管，從左出口5和右出口8排出。透鏡4裝在左出口的左邊，反射鏡10裝在右出口的右邊。在透鏡4的左側是一個放置成45°的半反射半透射鏡3，它的下方是綠色發(fā)光二極管2，它的左邊光電轉換器1，發(fā)光二極管2及光電轉換器1到透鏡4的光程都等于透鏡的焦距。因此，發(fā)光二極管2發(fā)出的光經過半反射鏡3的反射，再通過透鏡4后就成為一束平行光。平行光從測量室的左出口進入，穿過左右圓管(測量室)中的煙氣從右出口射出，被反射鏡10反射后折返，從測量室的右出口重新進入測量室，再次穿過煙氣從左出口射出。射出的平行光經過透鏡4，穿過半透射鏡3，聚焦在光電轉換器1上，并轉換成電信號。排氣中含煙越多，平行光穿過測量室的光能衰減越大，經光電轉換器1轉換的光電信號就越弱。

第七節(jié)柴油車排氣污染物測量設備（二）設備檢定1、按JJG976-2002《透射式煙度計檢定規(guī)程》進行計量檢定。2、主要內容：（1）檢定儀器的光吸收比N：示值誤差±2.0%。（2）檢定儀器的光吸系數：計算得到的光吸收系數數值之間的差值。不得大于0.05m-1。第七節(jié)柴油車排氣污染物測量設備(3)檢定儀器測量電路的響應時間煙度計測量電路的響應時間，即插入遮光片使光接收器全被遮住時，顯示儀表指針或數顯值從滿量程的10%到滿量程的90％時所需的時間應為(1.0±0.1)s。

(4)檢定儀器顯示的被測煙氣溫度煙度計顯示的被測煙氣溫度顯示值誤差不超過±5℃。

(5)檢定儀器的油溫測量對帶有油溫測量功能的煙度計，其油溫測量示值誤差不超過±5℃。

(6)檢定煙度計的轉速測量轉速測量示值誤差在轉速為600r／min～1000r／min時不超過±20r／min；在其他范圍不超過±50r／min。第七節(jié)柴油車排氣污染物測量設備（三）柴油車排氣污染物檢測程序第七節(jié)柴油車排氣污染物測量設備（四）判定標準裝配壓燃式發(fā)動機的車輛自由加速試驗排氣可見污染物限值環(huán)保檢測標準檢測項目/參數檢測標準（方法）名稱及編號（含年號）序號名稱1（柴/汽油車）點燃式發(fā)動機汽車排氣污染

(ASM/CO、HC、NO、雙怠速法/CO、HC)壓燃式發(fā)動機汽車排氣煙度

(加載減速法、自由加速法/光吸收系數（k）m-1GB18285-2005點燃式發(fā)動機汽車排氣污染物排放限值及測量方法（雙怠速法及簡易工況法）HJ/T240－2005確定點燃式發(fā)動機在用汽車簡易工況法排氣污染物排放限值的原則和方法GB3847－2005車用壓燃式發(fā)動機和壓燃式發(fā)動機汽車排氣煙度排放限值及測量方法HJ/T241－2005確定壓燃式發(fā)動機在用汽車加載減速法排氣煙度排放限值的原則和方法2（柴油車）壓燃式發(fā)動機汽車排氣煙度

(加載減速法、自由加速法)/光吸收系數（k）m-1GB3847－2005車用壓燃式發(fā)動機和壓燃式發(fā)動機汽車氣放煙度排放限值及測量方法HJ/T241－2005確定壓燃式發(fā)動機在用汽車加載減速法排氣煙度排放限值的原則和方法

補充:加速模擬工況法(ASM工況法)汽車排氣檢測系統

(一)概述加速模擬工況法(ACCELERATIONSIMULATIONMODE，簡稱ASM工況法)是美國加利福尼亞州汽車維修管理局推行的一套汽車排放污染物檢測方法，在美國若干個州得到推廣。我國的北京市在2002年開始試行，2003年全面實行了這一方法，GB18285-2005也將這種方法列為試驗方法之一，對2001年1月1日以后上牌照的M1類車輛將按該方法進行試驗。按以往的做法，對在用汽車排放檢測使用的是怠速法和雙怠速法，由于這兩種方法與汽車行駛時的工況有較大差異，不能完全反映汽車的實際排放水平。而且，汽車排放物中的NO，只是在汽車有負荷，且發(fā)動機溫度較高時才生成，在怠速工況下，NO的生成都很少，但NO卻是汽車排放物中的一種主要的污染物，對環(huán)境空氣的污染后果較大，有必要進行有效的檢測和控制。

補充:加速模擬工況法(ASM工況法)汽車排氣檢測系統

比較有效的方法，是國家標準GB18352.1—2001《輕型汽車污染物排放限值及測量方法》中規(guī)定的多工況法試驗方法，這種方法比較符合汽車在道路上運行的實際情況，能較為真實地反映汽車排放污染物的實際水平。但是這種試驗方法設備龐大、耗資巨大、試驗周期長，對在用車實行這種方法進行監(jiān)督和檢查，顯然是不可能的。所以通常都是在新車進行型式認證試驗，或者是對批量生產的車輛以抽查的方式進行一致性檢查時，采用多工況法進行試驗。為了解決怠速法、雙怠法與汽車運行情況差異太大，而多工況法又過于復雜這一矛盾，ASM工況法(也稱簡易工況法)為在用車的汽車排放檢測多增加了一種選擇，而且被很多地方的政府管理部門所接受，成為正在投入使用的新方法。ASM工況法的特點在于在試驗期間，給汽車施加一定的穩(wěn)定負荷，在這種情況上，進行汽車排放物的檢測。本節(jié)將對有關情況作簡要介紹。

補充:加速模擬工況法(ASM工況法)汽車排氣檢測系統

ASM工況法

ASM工況法采用底盤測功機對汽車施加一定的負荷，采用廢氣分析儀對試驗過程的汽車排放物進行檢測，并結合汽車的基準質量對汽車排放是否合格進行判別。ASM工況法分為兩種工況：

1．5025工況

2．2540工況

1．5025工況(1)試驗要求

a)汽車在底盤測功機上的運行速度：25km／h。

b)底盤測功機對汽車的加載功率：相當于被試驗汽車在加速度為1.475m／s2時的輸出功率的50％。

c)試驗時間:由0km/h→25km/h加速過程時間:3.5s～8.5s，檢測前的穩(wěn)速時間:10s，檢測時間:最多90s。(2)試驗過程車輛經預熱后，加速到25km/h，測功機根據試驗工況要求加載，駕駛員應控制油門，使車輛速度保持在25km/h±1.5km/h范圍內穩(wěn)速運行，維持10s后開始記時(t